31份木薯种质资源的鉴定评价及遗传多样性分析

谢向誉 陆柳英 曾文丹 赖大欣 严华兵

摘要：【目的】从供试木薯种质材料中筛选优良种质，为我国木薯新品种的选育提供优良亲本。【方法】从植物学性状、农艺性状及氢氰酸含量等方面对31份国内外引进与收集的木薯资源进行初步鉴定评价，并对相关性状进行遗传多样性分析。【结果】31份木薯种质资源在叶片形状、叶片颜色、叶裂数、叶柄颜色、叶脉颜色、主茎内外皮颜色、茎秆生长情况、株型、茎分叉、分支角度、株高、主茎高度、主茎直径、块根分布、结薯集中度、块根形状、块根内外皮颜色和块根肉质颜色等方面均表现出较丰富的遗传多样性。从31份种质资源中筛选出株型较好的资源13份，单株鲜薯产量>

2800.00 g的资源4份，氢氰酸含量<50.00 mg/kg的资源10份，单株鲜薯产量≥2901.75 g、收获指数≥0.74、氢氰酸含量≤28.86 mg/kg的资源2份。【结论】31份木薯种质资源具有较丰富的遗传多样性，其中筛选出2份单株产量高、收获指数高、氢氰酸含量低的种质，可在优良食用木薯育种中重点利用。

关键词： 木薯；种质资源；鉴定评价；遗传多样性

中图分类号： S533 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）03-0393-08

0 引言

【研究意义】木薯（Manihot esculenta Crantz）为大戟科木薯属植物，主要以收获块根为主，是全球三大薯类作物之一，也是世界第六大粮食作物；木薯用途广泛，可食用、饲用和加工成各种不同工业产品（严华兵等，2015）。全球有100余个国家种植木薯，我国木薯种植面积约40万ha，主要分布在广西、广东、海南等省（区），其中广西木薯种植面积和产量均占全国的60%左右。然而我国木薯产业目前存在种植品种单一、单产低、淀粉含量较低及比较经济效益偏低等突出问题（严华兵等，2015），加强优良木薯品种选育势在必行。因此，开展特色木薯种质资源鉴定评价及遗传多样性研究，对木薯优良品种的选育及木薯产业发展均具有重要意义。【前人研究进展】在对木薯种质资源的鉴定评价方面，前人已进行过较多相关研究。罗霆等（2010）采用产量性状和12个表型性状聚类分析及SSR标记技术对不同产地来源的24份木薯种质进行遗传多样性研究，结果表明，农艺性状的聚类结果与SSR聚类结果存在明显差异，说明木薯在长期的演化和自然选择过程中发生了显著的表型变化。林莹等（2011）对不同木薯品种（系）不同生长时期的含粉率、氢氰酸及单宁含量进行分析，结果显示，随着生长期的延长，木薯含粉率先增加后下降，氢氰酸和单宁含量的变化因品种（系）而存在差异。徐娟和黄洁（2013）对6份木薯种质营养成分与食味进行评价，结果表明，不同木薯种质间营养成分含量差异较明显，块根干物率与淀粉含量呈极显著正相关，可作为选育高淀粉木薯品种的重要指标。谢向誉等（2014）从植物学和农艺性状等方面对13份木薯种质材料进行多样性分析与系统评价，筛选获得5份表现良好的优良株系。周慧文等（2015）采用SCoT分子标记法对28份木薯种质资源进行了遗传多样性鉴定评价，结果表明，28份木薯种质资源主要聚为五大类，聚类结果与材料来源有一定相关性，该方法可在一定程度上反映木薯种质资源遗传多样性。【本研究切入点】木薯是一个遗传背景复杂、种质资源多样的物种，到目前为止，仍然有许多尚未充分鉴定评价与开发利用的种质资源，因而加强木薯种质资源分析和鉴定评价是木薯育种研究的重要基础性工作。【拟解决的关键问题】对从国际热带农业研究中心（CIAT）、巴西和中国广西等地引进或收集的31份木薯种质资源的重要性状进行鉴定评价及遗传多样性分析，以期筛选到优良的木薯种质资源或发掘木薯资源的优异性状，为我国木薯新品种的选育提供优良亲本。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试木薯种质资源材料共31份，其中2013年从巴西引进1份，2014年从广西收集1份，其余均为2013年从CIAT引进。各种质资源编号及来源详见表1。

1. 2 试验方法

试验于2015～2016在广西农业科学院武鸣基地进行。试验地土壤pH 5.31，有机质含量22.1 g/kg，全氮含量0.062%，全磷含量0.080%，全鉀含量0.421%，速效氮含量105 mg/kg，速效磷含量23 mg/kg，速效钾含量115 mg/kg。

试验采用随机区组设计，以品种为处理，每处理种植木薯15株，均采用茎粗基本一致的成熟木薯种茎播种，种植规格为80 cm×80 cm。3次重复。田间管理按常规管理进行。

1. 3 测定项目及方法

在木薯生长中期观察和测量第1片完全展开叶颜色、成熟功能叶颜色、叶片裂叶数、裂片叶形、叶柄颜色、叶脉颜色；在木薯生长后期观测成熟主茎外皮和内皮颜色、株型、茎秆生长情况、第1分支角度、株高、主茎高度、茎粗；收获木薯块根后调查块根分布、结薯集中度、块根形状、块根外皮和内皮颜色、块根肉质颜色、块根数，测定单株鲜薯产量、块根氢氰酸含量，并计算收获指数及表型遗传多样性指数（Shannon-

Weaver多样性指数，H'）。其中，主要性状的调查参照李开绵等（2010）和叶剑秋等（2011）的方法进行；氢氰酸含量采用硝酸银滴定法测定（李开绵等，2010）；H'参照蔡一林等（2011）的方法计算，即H'=-ΣPilnPi。式中，Pi为某性状第i级别内材料份数占总份数的百分比，ln为自然对数。

1. 4 统计分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0对数据进行处理与统计分析。

2 结果与分析

2. 1 31份木薯种质资源叶片性状分析结果

由表2可看出，31份木薯种质资源的第1片完全展开叶多为浅绿，其次为绿带紫，紫绿最少（图1）；成熟功能叶颜色多为绿色，仅有1份材料为红色；叶柄颜色较丰富，以绿带红居多（图2）；叶脉颜色以浅绿为主；叶片裂叶数在不同种质及同一植株的不同叶片间均存在差异，调查时以植株中部叶片裂叶数占多数的数目为主，不同种质资源裂叶数有5、7和8裂3种类型，以7裂居多；裂片叶形以拱形居多（图3）。遗传多样性分析结果（表3）表明，叶柄颜色和第1片完全展开叶颜色的H'较高，分别为1.9021和1.3170，表现出较丰富的遗传多样性。

2. 2 31份木薯种质资源茎部性状分析结果

由表4可知，不同木薯種质资源的成熟主茎外皮颜色存在差异，主要有灰白、灰褐、灰绿、褐色、黄褐、红褐和红带灰7种颜色，其中以灰绿色为主，其次是灰褐色；成熟主茎内皮颜色有深绿、绿色、浅绿、紫红和粉红5种颜色，以深绿居多；株型有伞型、紧凑型、圆柱型、开张型和直立型5种株型，以紧凑型居多，其中直立型和紧凑型为较理想株型，共有13份；茎秆生长情况均表现为直立；不同种质资源间分支角度存在明显差异，在0～54.32°，以30.00～45.00°的中等分支角度居多，有17份，<30.00°的小分支角度资源有3份，无分支的资源有3份；不同种质资源株高差异较明显，为173.10～324.53 cm，其中筛选到矮株型资源6份，中等株型资源22份，高株型资源3份；主茎高度在66.85～214.40 cm，其中矮主茎资源5份，中等主茎资源17份，高主茎资源9份；不同种质资源茎粗差异较小，多集中在3.00～4.00 cm，属于粗茎类型。由茎部性状遗传多样性分析结果（表5）可知，成熟主茎外皮颜色的遗传多样性最丰富（H'=1.4852），其次为株型（H'=

1.3407）；株型、株高、主茎高度、茎粗等性状是选育优良品种的重要性状，其H'均在0.8000以上，多样性较丰富，对于木薯品种选育与改良具有重要意义。

2. 3 31份木薯种质资源块根性状分析结果

由表6可见，块根分布有垂直分布和水平分布两种，多为水平分布，为25份；结薯集中度则以分散结薯资源居多，为21份；块根形状有圆柱、圆锥圆柱、圆锥和不规则4种类型，以圆锥型为主，为14份；块根外皮、内皮及肉质颜色差异明显（图4），外皮主要为浅黄、红褐、黄褐和白带粉4种颜色，以红褐资源为主，为20份；块根内皮颜色有蛋黄、乳黄、白色、粉、粉红、淡紫和紫红7种，以白色资源居多，为25份；块根肉质颜色主要有白色、乳黄和淡黄，以白色居多，为28份；块根数差异明显，为5.0～14.0条。通过表型遗传多样性分析（表7）可知，7个块根性状中以块根形状的遗传多样性最丰富（H'=1.4083），其次为块根数（H'=1.1729）。

2. 4 31份木薯种质资源的单株鲜薯产量、收获指数及块根氢氰酸含量

通过测定部分木薯资源的氢氰酸含量，结果（表8）表明，低氢氰酸含量（<50.00 mg/kg）资源有10份，其中Y-32、Y-10、Y-22、Y-23和Y-25的氢氰酸含量低于30.00 mg/kg，尤其是Y-22和Y-23的氢氰酸含量仅为17.32和17.44 mg/kg，两份材料可为低氢氰酸食用木薯的选育及改良提供宝贵的育种材料。同时由表8可看出，31份种质资源中，收获指数≥0.60的资源有16份；单株产量≥2000.00 g的资源有9份；收获指数>0.65且同时单株鲜薯产量>2800.00 g的资源有Y-4、Y-10、Y-22和Y-31共4份；同时具有低氢氰酸含量（≤28.86 mg/kg）、高收获指数（≥0.74）和高单株鲜薯产量（≥2901.75 g）的资源有Y-10和Y-22共2份。遗传多样性分析结果（表9）显示，31份木薯资源的单株鲜薯产量、收获指数和氢氰酸含量的H'均超过1.1000，遗传多样性均较丰富。

3 讨论

植物遗传多样性研究对种质资源的搜集、保存、评价和利用均具有十分重要的意义。曾霞等（2003）对国内44份木薯品系进行多样性分析，结果表明，我国木薯种质资源遗传基础比较狭窄，阻碍了突破性新品种的选育。邹积鑫等（2005）采用28对微卫星标记对我国89个木薯品种（系）进行遗传多样性分析，结果显示各种质资源遗传多样性指数在0.20～0.30，表明研究群体遗传多样性贫乏。通过引进种质，齐兰等（2010）采用SRAP分子标记对134份木薯种质资源（其中绝大部分为国外引进种质）进行遗传多样性分析，结果显示其平均遗传多样性指数为0.463，表现出相对丰富的多样性，说明通过引种，可使木薯资源多样性有所增加，拓宽我国木薯种质遗传背景。本研究对从国内外收集与引进的31份木薯种质资源进行分析，结果表明，其叶柄颜色、株高、主茎高度、块根内外皮颜色、单株鲜薯产量、收获指数和氢氰酸含量等均具有较丰富的遗传多样性，其中叶柄颜色的H'高达1.9021，氢氰酸含量、单株鲜薯产量、收获指数的H'也均超过1.0000，初步表明31份木薯资源具有较丰富的遗传多样性，可为木薯品种选育与改良提供宝贵的种质资源。

木薯单株鲜薯产量和氢氰酸含量是木薯育种的重要指标。本课题组前期研究表明，不同木薯品种间单株产量差异显著（谢向誉等，2014），本研究结果与前期研究结果一致。有关不同木薯品种氢氰酸含量的差异，姬卿等（2013）研究指出，我国主栽木薯品种中氢氰酸含量低于50.00 mg/kg的仅有SC9和ZM8229。本研究对引进的部分种质资源进行氢氰酸含量分析，结果表明，31份引进资源的氢氰酸含量差异明显，部分品种间氢氰酸含量差异达显著水平，其中氢氰酸含量低于50.00 mg/kg的食用资源有10份，氢氰酸含量低于28.86 mg/kg的资源3份，进一步丰富了我国食用木薯资源。

木薯种质资源评价主要有分子水平鉴定评价和表型鉴定评价两种方法。本研究从传统表型鉴定及化学分析测定方面对31份木薯种质资源进行了鉴定评价，初步筛选到单株鲜薯产量>2800.00 g的资源4份，氢氰酸含量<50.00 mg/kg的资源10份，单株鲜薯产量≥2901.75 g、收获指数≥0.74、氢氰酸含量≤28.86 mg/kg的资源2份，株型较好的资源13份，但尚未结合分子标记等方法对这些资源进行鉴定。由于表型鉴定评价易受环境等的影响，而在分子水平上研究木薯种质遗传多样性，可精确鉴别重复和相似种质，可为遗传育种中亲本的选配等提供新的依据。因此，下一步应结合分子水平的基因鉴定方法对初步筛选出的优良资源进行进一步鉴定评价，以便更好地开发利用木薯资源。

4 结论

本研究结果表明，31份木薯种质资源具有较丰富的遺传多样性，初步筛选出部分高产种质、低氢氰酸含量种质及优良株型种质，其中筛选出的2份单株产量高、收获指数高、氢氰酸含量低的种质，可在优良食用木薯育种中重点利用。

参考文献：

蔡一林，刘志斋，王天宇，黎裕，覃鸿妮，王国强，孙海艳，王久光. 2011. 国内部分玉米地方品种的品质与农艺性状的表型多样性分析[J]. 植物遗传资源学报，12（1）：31-36.

Cai Y L，Liu Z Z，Wang T Y，Li Y，Qin H N，Wang G Q，Sun H Y，Wang J G. 2011. Phenotypic diversity analysis of quality and agronomy traits of maize landraces selected from the collection of China national genebank[J]. Journal of Plant Genetic Resources，12（1）：31-36.

姬卿，闵义，李兆贵，汪秀梅，王文泉. 2013. 我国木薯主栽品种比较研究[J]. 安徽农业科学，41（30）：11975-11977.

Ji Q，Min Y，Li Z G，Wang X M，Wang W Q. 2013. The main cultivated varieties comparison research of cassava in China[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，41（30）：11975-11977.

李开绵，闫庆祥，叶剑秋，黄洁，张振文，陆小静，欧文军，蒋盛军，许瑞丽，吴传毅，薛茂富. 2010. NY/T 1943-2010木薯种质资源描述规范[S]. 中华人民共和国农业部.

Li K M，Yan Q X，Ye J Q，Huang J，Zhang Z W，Lu X J，Qu W J，Jiang S J，Xu R L，Wu C Y，Xue M F. 2010. NY/T 1943-2010 Description Standard Germplasm Resources Cassava[S]. Ministry of Agriculture of the peopls Republic of China.

林莹，古碧，李凯，代道芳. 2011. 生长期对不同品种（系）木薯品质特性的影响[J]. 基因组学与应用生物学，42（3）：51-56.

Lin Y，Gu B，Li K，Dai D F. 2011. The effect of growing period on the quality properties of various cassava cultivars[J]. Genomics and Applied Biology，42（3）：51-56.

罗霆，杨守臻，韦民政，覃维治，唐秀桦，郑虚，韦威旭. 2010. 24份木薯（Manihot esculenta）种质的遗传多样性研究[J]. 热带作物学报，31（1）：65-71.

Luo T，Yang S Z，Wei M Z，Qin W Z，Tang X H，Zheng X，Wei W X. 2010. Genetic diversity analysis of 24 accessions of cassava（Manihot esculenta）[J]. Chinese Journal of Tropical Crops， 31（1）：65-71.

齐兰，王文泉，张振文，叶剑秋，安飞飞，李开绵. 2010. 木薯种质资源的遗传多样性分析与评价[J]. 热带作物学报，10（31）：1661-1668.

Qi L，Wang W Q，Zhang Z W，Ye J Q，An F F，Li K M. 2010. Characterization and evaluation of genetic diversity of ca-

ssava germplasm in China[J]. Chinese Journal of Tropical Crops，10（31）：1661-1668.

谢向誉，陆柳英，曾文丹，严华兵. 2014. 木薯单株产量与主要农艺形状的相关性研究[J]. 中国农学通报，30（27）：223-228.

Xie X Y，Lu L Y，Zeng W D，Yan H B. 2014. Cassava yield and correlation analysisi of main agronomict traits and botany properties[J]. Chinese Aguicultural Science Bulletin，30（27）：223-228.

徐娟，黄洁. 2013. 6份木薯种质营养成分与食味的初步分析及评价[J]. 热带作物学报，34（2）：373-376.

Xu J，Huang J. 2013. The elementary analysis and evaluation of nutritive content and edible quality on 6 cassava germplasms[J]. Chinese Journal of Tropical Crops，34（2）：373-376.

严华兵，叶剑秋，李开绵. 2015. 中国木薯育种研究进展[J]. 中国农学通报，31（15）：63-70.

Yan H B，Ye J Q，Li K M. 2015. Progress of cassava breeding in China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，31（15）：63-70.

叶剑秋，周建国，薛茂富. 2011. 木薯种质资源形态图谱[M]. 北京：中国农业出版社.

Ye J Q，Zhou J G，Xue M F. 2011. Cassava Germplasm Resources Map Form[M]. Beijing：China Agriculture Press.

曾霞，庄南生，李开绵. 2003. 应用RAPD技术对44份木薯材料遗传背景的研究[J]. 热带作物学报，24（2）：59-64.

Zeng X，Zhuang N S，Li K M. 2003. Cassava genetic background revealed by RAPD[J]. Chinese Journal of Tropical Crops，24（2）：59-64.

周慧文，单建伟，冯斗，严华兵. 2015. SCoT分子标记技术在木薯遗传多样性分析中的应用[J]. 热带作物学报，36（8）：1440-1444.

Zhou H W，Shan J W，Feng D，Yan H B. 2015. Application of SCoT molecular marker in the genetic diversity analysis of cassava[J]. Chinese Journal of Tropical Crops，36（8）：1440-1444.

邹积鑫，李开绵，王文泉. 2005. 微卫星分子标记在木薯种质资源遗传分析中的应用[J]. 华南热带农业大学学报，11（2）：1-5.

Zou J X，Li K M，Wang W Q. 2005. Evaluation on microsatellite molecular genetic diversity of cassava germplasm resources by SSR marker[J]. Journal of South China University of Tropical Agriculture，11（2）：1-5.

（責任编辑 王 晖）